JP2007180450A - 露光装置 - Google Patents

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裕一 岩▼崎▲
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Abstract

【課題】可燃性の液浸材を安全に使用可能な液浸露光装置を提供する。
【解決手段】投影光学系の最終レンズと被露光体との間に液体を充填して前記液体を介してレチクルのパターンを当該被露光体に露光する露光装置であって、前記液体及び当該液体からの蒸気と前記液体又は蒸気を点火する可能性がある点火源との接触を遮断する防爆手段80と、露光装置を収納するチャンバー2の内部空間を分割する隔壁81と、ウェハ搬送系を覆う内圧防爆構造の金属製の箱をを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、一般には、露光装置に係り、特に、投影光学系の最終面(最終レンズ)とウェハ等の被露光体の表面との間に液体を局所的に充填し、投影光学系及び液体を介して被露光体を露光する、所謂、液浸露光装置に関する。
レチクル(マスク)に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハに露光する投影露光装置は従来から使用されており、近年では、高解像度であると共に転写精度とスループットに優れた露光装置が益々要求されている。高解像度の要請に応えるための一手段として液浸露光が注目されている。
液浸露光は、投影光学系のウェハ側の媒質を液体(液浸材)にすることによって投影光学系の開口数(NA)の増加を更に進めるものである。投影光学系のNAは、媒質の屈折率をnとするとNA=n×sinθであるので、投影光学系とウェハとの間を空気の屈折率よりも高い屈折率(n>1)の媒質を満たすことでNAをnまで大きくすることができる。そして、プロセス定数kと光源の波長λによって表される露光装置の解像度R(R=k×(λ/NA))を小さくしようとするものである。
液浸露光においては、投影光学系の最終面とウェハとの間に液体を局所的に充填するローカルフィル方式が提案されている(例えば、特許文献1を参照のこと)。
特開2005−150290号公報
従来の液浸露光装置は液浸材に水を使用していたが、更なる微細化の要求に応えるため、より屈折率の高い液浸材の開発が進められている。水より屈折率の高い液浸材としては、幾つかの材料が提案されている。これらの材料には、HPOなどの無機酸や塩を添加した水、またグリセロールのようなアルコール誘導体がある。また、高屈折率の液浸材として可燃性の炭化水素系有機液体を使用することが発表されている。可燃性の液浸材を、そのまま従来の液浸露光装置で用いたとすると、その電気回路やモーターでスパークが生じたり、その発熱部品が点火源となったりして火災または爆発の生じる恐れがある。
本発明は、可燃性の液浸材を安全に使用可能な液浸露光装置を提供する。
本発明の一側面としての露光装置は、投影光学系の最終レンズと被露光体との間に液体を充填して前記液体を介してレチクルのパターンを当該被露光体に露光する露光装置であって、前記液体及び当該液体からの蒸気と前記液体又は蒸気を点火する可能性がある点火源との接触を遮断する防爆手段を有することを特徴とする。
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。
本発明の他の目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、可燃性の液浸材を安全に使用可能な液浸露光装置を提供する。
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、本発明の実施例1の露光装置1の構成を示す概略断面図である。露光装置1は、投影光学系30とウェハ40との間に供給される液体(液浸材)LWを介して、レチクル20に形成された回路パターンを所謂ステップ・アンド・スキャン方式でウェハ40に露光する液浸型の投影露光装置である。露光装置1はステップ・アンド・リピート方式にも適用することができる。
露光装置1は、図1に示すように、照明装置10と、レチクル20を載置するレチクルステージと、投影光学系30と、ウェハ40を載置するウェハステージ45と、液体供給回収部70と、防爆手段80とを含む。
照明装置10は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル20を照明し、光源部と、照明光学系とを有する。光源部は、本実施形態では、光源として、波長約193nmのArFエキシマレーザーを使用する。但し、光源部は、ArFエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約248nmのKrFエキシマレーザー、波長約157nmのFレーザーを使用してもよい。照明光学系は、光源からの光でレチクル20を照明する光学系である。
レチクル20は、図示しないレチクル搬送系により露光装置1の外部から搬送され、レチクルステージに支持及び駆動される。レチクル20は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成されている。レチクル20から発せられた回折光は、投影光学系30を通り、ウェハ40上に投影される。レチクル20とウェハ40とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置1は、スキャナーであるため、レチクル20とウェハ40を縮小倍率比の速度比で走査することにより、レチクル20のパターンをウェハ40上に転写する。
レチクルステージは、レチクルステージを固定するための図示しない定盤に取り付けられている。レチクルステージは、図示しないレチクルチャックを介してレチクル20を支持し、図示しない移動機構及び制御部60によって移動制御される。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、走査方向にレチクルステージを駆動することでレチクル20を移動することができる。
投影光学系30は、レチクル20に形成されたパターンを経た回折光をウェハ40上に結像する機能を有する。投影光学系30は、複数のレンズ素子のみからなる屈折光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する反射屈折光学系等を使用することができる。なお、本実施例では、参照符号30は投影光学系30又はそれを収納する鏡筒を総括する。鏡筒は接続部32を介して鏡筒定盤35に支持されている。
ウェハ40は、ウェハ搬送系50により露光装置1の外部から搬送され、ウェハステージ45に支持及び駆動される。ウェハ40は、被露光体であり、液晶基板、その他の被露光体を広く含む。ウェハ40には、フォトレジストが塗布されている。
同面板44は、ウェハステージ45に支持されたウェハ40の表面とウェハ40の外側の領域(ウェハステージ45)とを同一面にするための板であり、ウェハ40と略同一な高さを有する。また、同面板44は、一般的に、液浸露光を行う場合に使用され、ウェハ40の外側の領域においても液膜を形成することを可能にする。
ウェハステージ45は、ウェハステージ45を固定するためのステージ定盤48に取り付けられており、ウェハチャック42を介してウェハ40を支持する。ウェハステージ45は、ウェハ40のXY方向だけでなく上下方向(鉛直方向)の位置や回転方向、傾きを調整する機能を有し、図示しない制御部によって駆動制御される。ウェハステージ45は、露光時において、投影光学系30の焦点面にウェハ40の表面が常に高精度に合致するように、図示しない制御部によって駆動制御される。
液体供給回収部70は、液体供給部と液体回収部とを有する。
液体供給部は、投影光学系30とウェハ40との間の空間又は間隙に液体LWを供給すると共に、液体LWの周囲に気体PGを供給する機能を有してもよい。液体供給部は、本実施形態では、図1には図示しない生成装置と、液体LWを貯めるタンク、液体LWを送り出す圧送装置、液体LW又は気体PGの供給流量を制御する流量制御装置、液体LWに溶解している溶存気体の脱気装置と、温度制御装置と、液体供給配管72とを有する。液体供給部は、投影光学系30の最終面の周囲に配置された液体供給口76を介して液体LWを供給し、投影光学系30とウェハ40との間の空間に液体LWの液膜を形成する。なお、投影光学系30とウェハ40との間の空間は、液体LWの液膜を安定に形成、且つ、除去できる程度であることが好ましく、例えば、1.0mmとするとよい。
液体LWは、露光光の吸収が少ないものの中から選択され、更に、石英や蛍石などの屈折系光学素子以上の屈折率を有することが好ましい。本実施例は、液体LWに可燃性の有機液体を使用する。本発明は、これに限定されるものではない。液体LWは、予め、図示しない脱気装置を用いて溶存ガスが十分に取り除かれたものが好ましい。なぜなら、かかる液体LWは、気泡の発生を抑制し、また、気泡が発生しても即座に液体中に吸収できるからである。例えば、空気中に多く含まれる窒素及び酸素を対象とし、液体LWに溶存可能なガス量の80%を除去すれば、十分に気泡の発生を抑制することができる。また、酸素は193nmの光を吸収するため、酸素を十分に取り除いた液体LWは必須である。勿論、図示しない脱気装置を露光装置に備えて、常に液体中の溶存ガスを取り除きながら液体供給部に液体LWを供給してもよい。
生成装置は、図示しない原料液供給源から供給される原料液中に含まれる金属イオン、微粒子及び有機物などの不純物を低減し、液体LWを生成する。生成装置により生成された液体LWは、脱気装置に供給される。
脱気装置は、液体LWに脱気処理を施し、液体LWの溶存酸素及び溶存窒素を低減する。脱気装置は、例えば、膜モジュールと真空ポンプによって構成される。脱気装置としては、例えば、ガス透過性の膜を隔てて、一方に液体LWを流し、他方を真空にして液体LW中の溶存ガスをその膜を介して真空中に追い出す装置が好適である。
温度制御装置は、液体LWを所定の温度に制御する機能を有する。
液体供給配管72は、脱気装置及び温度制御装置によって脱気処理及び温度制御が施された液体LWを、液体供給口76を介して投影光学系30とウェハ40との間の空間に供給する。
液体回収部は、液体供給部によって供給された液体LWを回収する機能を有し、本実施形態では、液体回収配管74、回収した液体LWを一時的に貯めるタンク、液体LWの回収流量を制御するための流量制御装置を有する。液体回収配管74は、液体回収口78を介して回収する。
液体供給口76及び液体回収口78は、投影光学系30に隣接する部材に形成され、ウェハ40に対向している。本実施例では、液体供給口76が液体回収口78よりも投影光学系30の光軸に近い。液体供給口76及び液体回収口78は、無機材料などの多孔質部材を嵌め込んでもよいし、スリット状の開口であってもよい。
液体供給配管72と液体回収配管74は、液体LWを汚染しないように、溶出物質が少ないポリテトラフルオロエチレン(ポリ四弗化エチレン)樹脂などの樹脂で構成することが好ましい。
防爆手段80は、可燃性の液体LW又はウェハ40若しくは同面板44上から蒸発した液体と、点火源との接触を遮断して発火及び爆発を防止し、露光装置1の安全性を高める。一般に、可燃性の液体LWの蒸気に空気がある範囲で混合すると爆発限界と呼ばれる、引火可能な状況が発生する。
防爆手段80は、隔壁81、箱82を有する。
隔壁81は、防爆範囲を小さくするために露光装置1の各部を収納するチャンバー2の内部空間を上部空間3aと下部空間3bに分割する。上部空間3aは、レチクル20が駆動される空間であり、下部空間3bはウェハ40が駆動される空間である。これは、液体LWの蒸気がレチクル20を駆動する駆動系に及ばないようにするためである。隔壁81は、鏡筒定盤35の周囲近傍に設けられ、鏡筒定盤35と協同してチャンバー2の内部空間を分割する。
この結果、可燃性の液浸材蒸気が存在する空間を隔壁81の下部空間3bだけに狭めることができる。上部空間3aと下部空間3bの温湿度などの環境は、空調機4からそれぞれの空間を個々に制御できることが望ましい。
下部空間3bには、点火源になりうるスパークや発熱などを生じる可能性のあるモーターや電気回路などの部品がある。より具体的には、例えば、ウェハ搬送系50には供給回収エレベータ52、搬送ハンド系54、プリアライメントステージ56などのモーターや電気回路部品である。これらを図2(a)に示すように、ウェハ搬送系50全体を金属製の箱82で覆い、防爆用保護ガスとして不燃性ガスである窒素ガスをガス導入口83aより箱82内へ加圧して流して内圧防爆構造を設ける。あふれた窒素ガスは、ウェハ搬出口83bより排出される。または、保守容易性や窒素ガス使用量低減のため、図2(b)のように点火源となりうる個々のユニットないしモーター周囲だけを金属製の箱82A乃至82Dで覆い、窒素ガスを流して内圧防爆構造を設けてもよい。あふれた保護ガスは、ウェハ搬出口83bがあるユニットではそこから、ウェハ搬出口83bがない場合にはガス排出口83cより排出される。ここで、防爆用保護ガスとしては、より安価な乾燥空気を用いてもよい。
また、ウェハステージ45は、より具体的には、図6に示すように、X/Yステージ46aと、θ/Z/Tiltステージ46bとを有する。X/Yステージ46aの駆動には、リニアモーターを用いているため電気的な摺動部がなくスパークなどの発生は無い。しかし、θ/Z/Tiltステージ46bの駆動は、ステッピングモーター47を使用しており、スパークの可能性がある。そこで、θ/Z/Tiltステージ46bにガス導入口83aを設け、窒素ガスを供給し、内圧防爆構造を形成する。もちろん本発明はリニアモーターを使用するウェハステージ45にも適用可能である。
チャンバー2内の下部空間3bに設置されているその他の点火源となりうる電気回路、モーターに対しても図2(a)又は(b)の防爆構造を設けることにより露光装置は可燃性の液体LWを安全に使用することができる。また、高屈折率液浸材を用いることにより高解像度を確保することができる。
電気機器の防爆構造とは、点火源に触れると、爆発や火災の危険性のあるガスや蒸気が大気中に含まれる又は含まれる可能性のある場所において、電気機器が安全に使用できるよう電気機械器具に適用する技術手段のことである。
図3は、本発明の実施例2の露光装置1Aの概略断面図である。実施例1と同様に、隔壁81がチャンバー2の内部空間を分割している。露光装置1Aは、チャンバー2の外に点火源となり得る部材を配置している点が露光装置1と相違する。即ち、電気や光などのケーブル62を接続することで機能する下部空間3bに存在する点火源になりうるスパークや発熱などを生じる可能性のある電気回路などの部品を一つの電気回路収納箱60にまとめて収納する。移動できない点火源となりうる部品、例えばウェハ搬送系50は、実施例1と同様の構成に内圧防爆構造とする。露光装置1A内で点火源となりうる部品点数を減少することによって、火災、爆発の危険が減る。また、防爆構造を設ける部品が減ることで、コストも低くすることができる。
これにより、露光装置1Aは、高屈折率を有する可燃性の液浸材LWを安全に用いて高解像度化を図ることができる。
図4は、本発明の実施例3の露光装置1Bの概略断面図で、主に鏡筒定盤付近に設けた隔壁81の下部空間3bを示している。露光装置1Bは、液浸材LWが液タンク71aから、液温調装置73a、脱気装置73bなどを通過して供給口76へ供給配管72で結ばれ、供給口76からウェハ40上へ供給される。液膜LWを形成し、走査動作で露光が行われた後、液浸材LWは回収口78から回収され、回収配管74を流れて回収タンク71bへ回収される。また、可燃性の液浸材LWは、液のコストを考えると、リサイクルで使用する可能性が高い。この場合、図4に示すように、露光に使用した液浸材を回収タンク71bに回収した後、精製装置75aやフィルター75b、また純度管理の測定器(不図示)などを通して供給タンク71aに戻すような液浸材のリサイクル系の構成を設ける。
一般に液体には、チューブなどを流れる配管輸送による流動帯電や攪拌により静電気が発生する。従って、スキャナーでは、配管を液浸材が流れ、レンズとウェハの間隙上では液浸材が攪拌、流れていているため静電気が発生し、液浸材に帯電が生じる可能性が高い。特に可燃性の有機液体は、導電性が低い物が多く静電気が蓄積しやすく、静電気による火災、爆発を起こす危険を有している。更に導電率が1×10−10S/m以下の液体は、静電気の帯電性が高い。帯電した液浸材に他の導電体が近づくとある距離で放電が生じ、熱エネルギーが放出され、このとき周りに十分な濃度の可燃性ガスがあるとこの放電が点火源となり、火災、爆発が発生する。
帯電を防ぐために、接液部材全てに接地(アース)84を取る。かかる接液部材は、供給配管72や回収配管74、供給口76や回収口78、温調装置73aや脱気装置73b、供給タンク71aや回収タンク71b、ウェハチャック42、ウェハステージ45、同面板44を含む。更に、リサイクル系に設けられた各装置にも全て接地などの導電対策をとるようにする。配管では金属製、例えばGEP処理(神鋼環境ソリューション株式会社)を施したSUS316製の配管とし、接地する。また液体への汚染防止の点からテフロン製の配管を用いる場合には、導電性テフロンチューブ(ニチアス社製)などを用い、接地するようにする。
図5(a)及び(b)に、接地方法を示す。図5(a)は供給又は回収タンク28(29)の場合で、供給および回収配管72及び74は、液の出入り時の攪拌を少なくするため、できるだけタンクのそこまで伸ばす。また、液が帯電することを防ぐため導電性の棒85を設ける。供給、回収配管72及び74及び棒85、タンク71a及び71bには、接地84を接続し、静電気を逃がすように構成する。
図5(b)には配管の接地方法を示す。ここでは、供給や回収配管に用いる導電性テフロンチューブ87を示している。このチューブ87は、外周の4つの部分に導電性薄膜86aを設け、チューブ87に導電性を持たせている。4つの導電部分86aを結ぶように接続部86bを少なくとも1カ所設け、導通をとり、この接続部86bから接地84をとる。非導電性の継ぎ手などでチューブが切断される場合には、導通の取れる範囲において、同様に接続部86b及び接地84を設ける。金属配管および継ぎ手も金属製で導電性の材質も同様に、導通の取れている範囲において、接地84を少なくとも1カ所設けるようにする。

また、蓄積された電荷を中和する方法も考えられる。例えば、露光装置の置かれたチャンバー内に除電器88を設けることで、空気イオンによる電荷中和を行い、接液によって生じた部材や装置の静電気を除去することが出来る。この方法は、絶縁物、例えば配管に用いられる通常のテフロンチューブに対しても効果的である。なお、前記2つの帯電防止方法を併用してもよく、静電気除去対策としてより効果的である。実施例3では、その他の構成は、露光装置の構成も、実施例1及び2におけるそれらと全く同じである。
露光において、光源部12から発せられた光束は、照明光学系14によりレチクル20を、例えば、ケーラー照明する。レチクル20を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系30により、液体LWを介してウェハ40に結像される。露光装置1は、液体LWの発火及び爆発を防止して、スループットの低下及び露光精度の悪化を防止して、デバイス(半導体素子、LCD素子、撮像素子(CCDなど)、薄膜磁気ヘッドなど)を提供する。
次に、図7及び図8を参照して、上述の露光装置1を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図7は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ1(回路設計)では、デバイスの回路設計を行う。ステップ2(レチクル製作)では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ3(ウェハ製造)では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ4(ウェハプロセス)は、前工程と呼ばれ、レチクルとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ5(組み立て)は、後工程と呼ばれ、ステップ4によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ6(検査)では、ステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
図8は、ステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ11(酸化)では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では、上述の露光装置1によってレチクルの回路パターンをウェハに露光する。ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。ステップ18(エッチング)では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェ
ハ上に多重に回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置1を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図1に示す防爆手段の構成を示す概略ブロック図であって、図2(a)はウェハ搬送系全体を金属製の箱で覆う場合、図2(b)は点火源となりうる個々のユニット又はモーター周囲のみを金属製の箱で覆う場合を示す。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 接液部材の接地方法を示す図であって、図5(a)は供給又は回収タンクを接地する場合、図5(b)は配管を接地する場合を示す。 図1に示すウェハステージの構成を示す概略断面図である。 デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。 図7に示すステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
符号の説明
1 露光装置
10 照明装置
20 レチクル
25 レチクルステージ
30 投影光学系
40 ウェハ
45 ウェハステージ
46a X/Yステージ
46b θ/Z/Tiltステージ
50 ウェハ搬送系
70 液体供給回収部
72 液体供給配管
74 液体回収配管
76 液体供給口
78 液体回収口
80 防爆手段
81 隔壁
82 箱
83a ガス導入口
84 接地(アース)
87 チューブ
88 除電器
1A 露光装置
1B 露光装置
LW 液体

Claims (10)

  1. 投影光学系の最終レンズと被露光体との間に液体を充填して前記液体を介してレチクルのパターンを当該被露光体に露光する露光装置であって、
    前記液体及び当該液体からの蒸気と前記液体又は蒸気を点火する可能性がある点火源との接触を遮断する防爆手段を有することを特徴とする露光装置。
  2. 前記点火源は、電気回路部材又は帯電部材であることを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  3. 前記露光装置は、
    前記投影光学系を収納するチャンバーと、
    前記チャンバーに収納され、前記投影光学系の鏡筒を支持する鏡筒定盤とを更に有し、
    前記防爆手段は、前記鏡筒定盤と協同して、前記チャンバーの内部空間を、前記レチクルが駆動される第1の空間と前記被露光体が駆動される第2の空間とに分割する隔壁を有することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  4. 前記防爆手段は、
    前記点火源を収納する収納部材と、
    前記収納部材の、前記点火源を収納する空間に不燃性ガス又は乾燥空気を加圧して充填する内圧防爆手段とを有することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  5. 前記投影光学系を収納するチャンバーと、
    前記チャンバーの外部に配置された電気回路部材と、
    前記電気回路部材を前記チャンバー内の部材と電気的に接続する接続部材とを更に有することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  6. 前記防爆手段は、前記点火源の帯電を防止する帯電防止手段であることを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  7. 前記帯電防止手段は、
    前記液体を収納する収納部に接続された導電部材と、
    前記導電部材に接続された接地手段とを有することを特徴とする請求項6記載の露光装置。
  8. 前記帯電防止手段は、
    前記液体を供給又は回収する配管に接続された導電部材と、
    前記導電部材に接続された接地手段とを有することを特徴とする請求項6記載の露光装置。
  9. 前記液体は可燃性の有機液体であることを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  10. 請求項1乃至9のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
    露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
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